Focused ultrasound (FUS) technology attracts increasing interests accrediting to its non-invasive and painless treatment of tumors. Magnetic resonance imaging (MRI) guidance has been introduced to monitor this procedure, thus allowing the ultrasound foci to be precisely controlled. However, manual positioning of the FUS transducers is challenging, especially for the intra-operative (intra-op) adjustment in the MRI room. Currently, there are very few devices capable to provide robotic transducer positioning for the treatment of abdominopelvic organ diseases under MRI. The high intensity focused ultrasound (HIFU) spot would have to be “steered” to ablate large (>Ø 3.5 cm) or multiple tumors (e.g., in liver). To this end, we proposed a hydraulic-driven tele-operated robot platform that enables 5-DoF manipulation of the FUS transducer. Even operated close to the MRI iso-center, the robot can guarantee zero electromagnetic (EM) artifact to the MR image. Our proof-of-concept robot prototype can offer a large workspace (100 mm × 100 mm × 35 mm) for FUS foci steering. Accurate manipulation (0.2 mm in translation, 0.4° in rotation) of the FUS transducer holder is achieved using rolling diaphragm-sealed hydraulic actuators. The robot control responsiveness (from 0.1 to 4 Hz) is also evaluated to show the potential to compensate for the spot tracking error induced by respiratory motion. We also demonstrate the use of wireless radiofrequency (RF) markers to continuously register the robot task space in the MRI coordinates.

中文翻译：

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导航MRI引导的聚焦超声系统的机器人平台

聚焦超声（FUS）技术因其无创且无痛的肿瘤治疗而引起越来越多的关注。已经引入了磁共振成像（MRI）指导来监视此过程，从而可以精确控制超声病灶。但是，手动定位FUS换能器非常具有挑战性，特别是对于MRI室中的术中（手术中）调整。当前，很少有能够在MRI下提供用于治疗腹部盆腔器官疾病的机器人换能器定位的设备。必须“引导”高强度聚焦超声（HIFU）点，以消融大的（>Ø3.5 cm）或多个肿瘤（例如在肝脏中）。为此，我们提出了一种液压驱动的遥控机器人平台，该平台可对FUS传感器进行5自由度操纵。即使在接近MRI等中心点的情况下，机器人也可以确保MR图像的零电磁（EM）伪影。我们的概念验证机器人原型可以为FUS焦点转向提供较大的工作空间（100毫米×100毫米×35毫米）。使用滚动膜片密封的液压执行器可以对FUS换能器支架进行精确的操纵（平移0.2毫米，旋转0.4°）。还评估了机器人控制的响应度（从0.1到4 Hz），以显示出补偿由呼吸运动引起的斑点跟踪误差的潜力。我们还演示了使用无线射频（RF）标记在MRI坐标中连续注册机器人任务空间。我们的概念验证机器人原型可以为FUS焦点转向提供较大的工作空间（100毫米×100毫米×35毫米）。使用滚动膜片密封的液压执行器可以对FUS换能器支架进行精确的操纵（平移0.2毫米，旋转0.4°）。还评估了机器人控制的响应度（从0.1到4 Hz），以显示出补偿由呼吸运动引起的斑点跟踪误差的潜力。我们还演示了使用无线射频（RF）标记在MRI坐标中连续注册机器人任务空间。我们的概念验证机器人原型可以为FUS焦点转向提供较大的工作空间（100毫米×100毫米×35毫米）。使用滚动膜片密封的液压执行器可以对FUS换能器支架进行精确的操纵（平移0.2毫米，旋转0.4°）。还评估了机器人控制的响应度（从0.1到4 Hz），以显示出补偿由呼吸运动引起的斑点跟踪误差的潜力。我们还演示了使用无线射频（RF）标记在MRI坐标中连续注册机器人任务空间。还评估了1至4 Hz）以显示出补偿由呼吸运动引起的斑点跟踪误差的潜力。我们还演示了使用无线射频（RF）标记在MRI坐标中连续注册机器人任务空间。还评估了1至4 Hz）以显示出补偿由呼吸运动引起的斑点跟踪误差的潜力。我们还演示了使用无线射频（RF）标记在MRI坐标中连续注册机器人任务空间。